デジタル建設現場とインテリジェントモバイル機械への道のり

機械および建設OEMは、デジタルソリューションを活用して、顧客にインテリジェントな機械を提供し、建設現場の生産性を向上させる方法を模索しています。Komatsuは、「IoT（モノのインターネット）などの技術進歩のおかげで、過去20年間ほとんど生産性の向上が見られなかった業界に、製造プロセスで見られるようなリアルタイムの現場情報のメリットをもたらすことが可能になりました」と述べています。多くのOEMはすでに、稼働時間、燃料効率、安全性、生産性を向上させるためにスマートデジタルツールに依存しています。人と機械の相互作用、オペレーター支援システムおよびその自動化、環境検知、自動運転は、現在のR&Dアジェンダで高い優先順位を占めています。これにより、複雑な環境での相互作用、センサーデータ処理、制御概念、自動化戦略を考慮した学際的なシステム開発の要求が拡大しています。

デジタル建設現場とインテリジェントモバイル機械について話しましょう。現在の製造業者、ソフトウェアベンダー、研究の状況を見てみましょう。ESIの研究およびイノベーションチームの専門家、ジュリア・グンダーマン博士に話を聞きました。

デニース: ジュリア、過去3年間、ドイツにおける建設4.0の現実を進化させることを目的とした「Bauen 4.0」研究プロジェクトでESIの役割を担当してきましたが、デジタル建設現場にはどのような視点からアプローチしましたか？

ジュリア: Bauen 4.0研究プロジェクトは、持続可能で生産的な機械が環境と知的に相互作用するデジタル5G建設テストサイトの開発を目指していました。ESIはコンソーシアムの中で最大のグループに所属しており、自動化と接続されたモバイル機械に焦点を当てました。このグループは、自動化、支援機能、リモートコントロール、環境認識、垂直統合のためのソリューションを開発しました。

デニース: どのようにそれを実現しましたか？

ジュリア: 機械コンソーシアムには4台の実際のデモ機械があり、特定の開発目標に対するツールや知識を持つパートナーが参加しました。主にTUドレスデンによって推進され、機械およびサブシステムレベルでの接続概念が統合され、自動化および監視ソフトウェア専用の通信インターフェースが開発されました。自動化の文脈で研究されたアプリケーションの1つは、周囲の障害物に応じてステアリングを調整する自動運転ホイールローダーでした。プロジェクト中、OEMやサプライヤーと密接に協力し、ソリューションが市場のニーズに合致するよう努めました。

デニース: 研究プロジェクトでは、ESIの多物理システムシミュレーションソフトウェアSimulationXを使用しました。なぜですか？

ジュリア: 自動化アルゴリズムは、明確な理由から機械のモデル上で開発およびテストされるべきです。テストと更新は繰り返し可能で、コストが安く、簡単であり、実際のシステムが損傷するリスクがありません。モバイル機械は、機械、油圧、電子機器など、さまざまな物理領域のコンポーネントを含む複雑なシステムです。機械のダイナミクスにおける複雑さは、遅くとも異なる領域のサブシステムの相互作用によって生じます。これらの領域すべてを必要な詳細レベルでカバーするシステムモデルの使用は、バーチャルテストのための従来の方法です。SimulationXはシステムシミュレーションの確立されたツールであり、自動化アルゴリズムの仮想開発およびテストに使用するためのすべての必要なライブラリおよびインターフェースを含んでいます。もちろん、これは建設機械におけるシステムシミュレーションの唯一の用途ではありません。

デニース: すべての機能が既存の機械に既に適用されているなら、Bauen 4.0は研究プロジェクトと呼ばれないでしょうか？

ジュリア: その通りです。実際、利用可能なシステムシミュレーションソフトウェアにはいくつかの主要な機能が欠けていました。例えば、環境との相互作用は十分に表現されていませんでした。環境の重要な部分は、車両が走行する地面（これを移動と呼びます）であり、バケットで打撃を与えるか、掘削するときに変更される地面です。建設機械の支援または自動運転のために、掘削、運転、操縦、または不整地でのホイールスリップ規制のアルゴリズムが開発されます。しかし、それらをテストするツールも地面の相互作用をモデル化できるように準備する必要があります。

また、環境の一部として、センサーで検出できる周囲の詳細、例えば傾斜や穴のある地表、障害物、他の車両、建設現場の作業員などがあります。この情報は支援機能への入力として使用できます。例えば、センサーが通り過ぎる建設現場の作業員や他の障害物を検出し、緊急ブレーキを作動させることができます。これはシミュレーションでは不可能でしたが、真のデジタル建設現場を実現するためには必要な機能です。

デニース: 非常に興味深い情報ですね。移動と地面の変更のトピックについてもう少し詳しく教えてください。研究プロジェクトの成果として、不整地で動作する建設機械モデルをシミュレーションできる機能の補完がありました。このことについて詳しく教えてください。

デニース: 新しいタイヤモデルですか？詳しく教えてください。

ジュリア: はい、新しいパラメトリックタイヤモデルを開発しました。パラメトリックとは、パラメータに基づく方程式や曲線を使用することを意味し、高速です。1つの利点は、SimulationX 4.4のドライビングマニューバーモジュールに付属しており、追加費用なしで合理的なタイヤモデルを提供することです。前述したように、ユーザーは曲線に基づいてタイヤをパラメータ化でき、追加のタイヤファイルは必要ありません。

しかし、お客様が時々使用しているタイヤモデルを好むことが分かったため、2つの確立されたタイヤモデルへのインターフェースも実装しました。それは、Siemens Simcenter™ Tireとcosin FTireです。どちらもそれぞれの用途に適しており、例えばFTireは高周波および短波長の励起に適しています。

デニース: センサー検出に戻りましょう。そちらの成果はどうでしたか？

デニース: それはよくあることですね。ちょうど盛り上がって面白くなり始めると終わってしまうものです！お話しできて本当に楽しかったです。システムシミュレーションが建設4.0機械の製造業者にどのように「デジタル構築体験」を提供できるかについて共有していただき、ありがとうございます。

ジュリア: こちらこそ、お話しできて楽しかったです。実際にデジタルテスト建設現場を見て、プロジェクトの成果をライブで聞きたい方は、2022年9月28日のライブデモンストレーションにぜひご参加ください。

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